JP3593901B2 - Lighting device - Google Patents

Lighting device Download PDF

Info

Publication number
JP3593901B2
JP3593901B2 JP29029298A JP29029298A JP3593901B2 JP 3593901 B2 JP3593901 B2 JP 3593901B2 JP 29029298 A JP29029298 A JP 29029298A JP 29029298 A JP29029298 A JP 29029298A JP 3593901 B2 JP3593901 B2 JP 3593901B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
capacitor
voltage
lighting device
inductor
resonance
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP29029298A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2000125566A (en
Inventor
浩幸 庄司
英樹 宮崎
雄一 南村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP29029298A priority Critical patent/JP3593901B2/en
Publication of JP2000125566A publication Critical patent/JP2000125566A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3593901B2 publication Critical patent/JP3593901B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は放電管の点灯装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、放電管(例えば、蛍光灯)では、インバータを用いた点灯回路により直流電圧を高周波交流電圧に変換して放電管を含む共振負荷回路に印加する方式が増えている。共振負荷回路には共振周波数を設定する共振用インダクタ及び共振用キャパシタが含まれている。こうした点灯回路は、直流電源の正負極間にハーフブリッジ構造に接続された2つのパワー半導体スイッチング素子からなる点灯回路で、上記の高周波交流電圧を共振負荷回路の両端に印加する。共振負荷回路に流れる電流(以後、共振電流と呼ぶ)の波形は、インダクタとキャパシタによって共振し、正弦波状となる。この共振電流は点灯回路の動作周波数を変えることによって制御する。近年、照明器具には任意に明るさを調整できる調光機能を搭載した点灯装置がある。放電管の明るさを調整するには、放電管に流れる電流の大きさを変えることで達成できる。ここで、2つのパワー半導体素子を交互にオン,オフさせる動作周波数をfs、共振インダクタとキャパシタで決まる共振周波数をfoとすれば、foに対してfsを変化させるとランプ電流も変化し、調光が可能になる。この原理に基づき、点灯回路では動作周波数fsを制御して調光を行っている。
【0003】
スイッチング素子の動作周波数を安定化させる従来例として、特開平8−45685号に開示される点灯回路がある。この回路は、放電ランプを含む共振負荷回路に交流電圧を供給するハーフブリッジ回路を備え、共振電流の一部をキャパシタンスと帰還トランスに分流し、この帰還トランスの二次側電圧に応じてハーフブリッジ回路のハイサイドとローサイドのスイッチング素子に制御信号を与えて自励動作を行う。
【0004】
又、調光を実現する点灯回路の従来例として、特開平8−37092号に開示されるような駆動装置がある。この駆動装置は、1)所望する周波数の方形波を発生するタイマ回路、2)インバータの2つのパワー半導体スイッチング素子をタイマ回路からの駆動信号に応じて各々駆動するハイサイド,ローサイドの駆動回路、3)2つのパワー半導体スイッチング素子が同時導通を防止するハイサイドのデッドタイムディレイ回路,ローサイドのデッドタイムディレイ回路、及び4)ローサイドのコモン電位を基準とする信号をハイサイドのコモン電位を基準とする信号に変換しタイマ回路からの駆動信号をハイサイド側に伝達するためのレベルシフト回路を備えることが特徴であり、これらの回路を1つの集積回路に内蔵する。上記従来例では、タイマ回路の周波数を制御することにより動作周波数fsを変化させて調光を行うことが可能である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上記特開平8−45685号の従来例は、共振電流と同じ周波数の制御信号が帰還トランスによってハーフブリッジ回路に供給される。すなわち、外部から信号を与えなくてもハーフブリッジ回路の動作が持続する自励型の回路であり、特に高周波の動作に適している。しかしながら、帰還トランスには自己インダクタンスが存在するため、制御信号と共振電流の間に位相差が生じる他、制御信号の周波数が適正値からずれることも有りうる。電球の口金に内蔵した点灯回路の動作環境は放電管からの発熱によって高温となる。帰還トランスに用いられる磁性体のコアは、高温になると特性が変化しインダクタンスの変動を招く。これらの変動によって位相差や周波数は適正値からずれ、ハーフブリッジ回路に貫通電流が流れて損失の増加を招く恐れがある。口金に点灯回路を内蔵した電球形の蛍光ランプは、点灯回路を小型化することが望まれており、交流を直流に変換するコンバータに使用される平滑コンデンサは容量を小さくすることによって小型化を図っている。平滑コンデンサの容量低下は、直流電圧変動の増大を招き、点灯回路の動作は不安定となる。
【0006】
そこで、本発明が解決する第一の課題は、直流電圧が変動した場合においても、高周波動作を安定に行う点灯回路を提供することである。
【0007】
調光を実現する上記特開平8−37092号の従来例は、高周波動作の点灯装置に適用すると、タイマ回路からの駆動信号をハイサイド側に伝達するためのレベルシフト回路の漏れ電流が問題になる。レベルシフト回路には様々な方式があるが、いずれもローサイドとハイサイドの間に少なくとも1つの半導体スイッチング素子を備える。半導体スイッチング素子はその入出力端子間に寄生容量があり、点灯回路の出力電圧が変化する度に、寄生容量が充電或いは放電される。高周波の点灯回路を従来の方法で制御すると、漏れ電流が大きくなり、損失の増加或いはノイズ誤動作等の問題を生じる。
【0008】
本発明が解決する第二の課題は、高周波動作も考慮した放電管の点灯装置において、点灯回路の動作周波数を変化させて放電管の調光を可能にする点灯装置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の課題を考慮してなされたものであり、本発明による点灯装置は次のような構成を有する。すなわち、本発明による点灯装置においては、直流電源の正極と負極間に相補的に直列接続された第一,第二の半導体スイッチング素子のスイッチングに応じて、共振手段に接続された放電管に交流電流を供給し、第一,第二の半導体スイッチング素子の制御端子と基準端子はそれぞれ互いに共通点で接続され、第一,第二の半導体スイッチング素子の基準端子が共通に接続された接続点と直流電源の少なくとも一方の極間に、放電管を接続した共振手段と、共振手段に流れる電流に同期した電圧を発生する第一のキャパシタと、を直列に接続し、第一のキャパシタの電圧を、共振手段の周波数変化に応じて位相をシフトする位相シフト手段を介して、第一,第二の半導体スイッチング素子の制御端子に印加する。
【0010】
【発明の実施の形態】
図1は、放電管1に交流電流を供給するための点灯回路である。放電管1は、フィラメントを備えた通常の蛍光ランプ、又はフィラメントを備えず、励起コイルから放出する磁力線でプラズマを発生させる無電極蛍光ランプを対象としている。交流電源ACをダイオードブリッジで構成された整流回路DBで整流して得た電源を、キャパシタC1で平滑した後に放電管1の点灯回路に直流電圧を供給する。直列に接続されたスイッチング素子Q1,Q2は、相補形であり、例えば、スイッチQ1はnチャネルのMOSFETであり、図示しないがソース端子とドレイン端子間には還流ダイオード(以後、QD1と呼ぶ)を内蔵している。スイッチQ2はpチャネルのMOSFETであり、ドレイン端子とソース端子間には還流ダイオード(以後、QD2と呼ぶ)を内蔵している。スイッチQ1のドレイン端子はキャパシタC1の正電極側に接続され、スイッチQ2のドレイン端子はキャパシタC1の負電極に接続されている。スイッチQ1,Q2の各ソース端子は共通の接続点Sで接続され、各ゲート端子は接続点Gで接続されている。Q1,Q2のドレイン,ソース間に流れる電流は、接続点Gと接続点S間の同一電圧によって制御される。接続点SとキャパシタC1の負電極間にはキャパシタCf及び共振用インダクタLr,共振用キャパシタCd,Crを含む共振負荷回路が接続されており、Crには並列に放電管(或いは蛍光ランプ)1を備える。共振負荷回路のキャパシタCdは無くても構わない。又、共振負荷回路は、接続点SとキャパシタC1の正電極間に接続された構成でも構わない。これらの共振負荷回路に流れる電流の周波数は各々の値によって決まる。スイッチング素子Q1,Q2の交互スイッチング動作によって共振負荷回路に双方向の電流を流し、放電管を点灯させる。スイッチQ1のドレインとソース間に接続されたキャパシタC2は、両スイッチのドレインとソース間の電圧変化時間を調整する。キャパシタC2はQ2のドレインとソース間に接続しても同様の役割を果たす。
【0011】
スイッチQ1及びQ2の導通状態を制御するゲート駆動回路には、共振負荷回路上に接続されたキャパシタCfが含まれている。キャパシタCfは、ゲート駆動回路を動作させるために、共振負荷回路に流れる電流から駆動電圧を得る。キャパシタCfの一端をF点とし、接続点GとF点間には、インダクタLgが接続されている。インダクタLgは共振負荷回路に流れる電流とゲートとソース間の電圧に位相差を与える。ゲートとソース間には、直列に反対方向で結合されたツェナーダイオードZD1,ZD2を並列に設けている。これらはスイッチング素子Q1,Q2のゲート,ソース間に過電圧が印加された場合、素子の破壊を防ぐ働きをする。MOSFETには既にゲート過電圧保護用のツェナーダイオードが内蔵されているものもあり、このようなスイッチング素子を選んだ場合は、前述のツェナーダイオードを外した構成でもよい。更に、ゲートとソース間には、キャパシタCgsを備えて、ゲートとソース間の電圧変化時間を調整する。即ち、スイッチQ1,Q2の交互スイッチング動作の中で、一方のスイッチがオフし、もう一方のスイッチがオンするまでのデッドタイムを補償する役割を果たす。
【0012】
図1において、始動時は交流電源ACの電圧上昇によってキャパシタC1の直流電圧が増加すると、接続点Fの電圧即ちキャパシタCfの電圧は接続点Sを基準にすると次第に減少する。この時、ゲートとソース間には、キャパシタCfの電圧と同等の電圧が印加される。ゲートとソース間の電圧が、スイッチング素子Q2の閾値電圧を下回るとQ2はオンし、接続点Fから接続点Sに向かって電流が流れるため、接続点Fの電圧は増加する。これによってゲートとソース間の電圧は、Q2の閾値電圧を直ぐに上回るためQ2はオフする。ここで、接続点Fと接続点S間に接続されているキャパシタCf及びキャパシタCgs,インダクタLgはLC共振回路を構成している為、キャパシタCfの僅かな電圧変化によって、LC共振回路に流れる電流は増加し、ゲートとソース間の電圧振幅は増加する。このような発振現象によって、スイッチQ1及びQ2が交互にスイッチング動作を開始する。
【0013】
次に、図1の回路の動作を説明する。放電管1は、Q1,Q2とLr,Cr,Cdを用いた共振負荷回路によって高周波の電流が供給される。負荷共振回路の電流をiLとし、図1で接続点SからFに流れ出る方向を正として定義すると、電流iLの1周期の間には動作モードが4つある。以後、各動作モードを説明する。
【0014】
モード1:Q1がオンするとキャパシタ1からQ1,Cf,Lr,Cd,Crの経路で電流iLが流れる。電流iLはCrを充電すると共に、一部が放電管1に分流して流れる。また、iLによってキャパシタCfは充電されるが、接続点Sを基準にした接続点Fの電圧は減少する。接続点Fの電圧減少は、ゲート電圧を減少させるため、Q1のゲート電圧が閾値を下回るとQ1はオフする。一方、Q2はゲート電圧がQ2の閾値以上でありオフの状態にある。
【0015】
モード2:Q1がオフした時点では電流iLは正の極性で値を有しており、この電流はLr,Cd,Cr,QD2,Cfの経路で流れ続ける。尚、電流iLの一部は放電管16に分流して流れる。電流iLはCfを充電し、接続点Fの電圧は更に減少する為、ゲート電圧も減少する。ゲート電圧がQ2の閾値を下回るとQ2はオンする。また、モード2期間中の電流極性はQ2にとって逆方向であり、Q2がオンしても電流の極性が変わらない限り、電流はQD2を流れ続ける。電流iLの極性が負に変化するまでの期間がモード2である。
【0016】
モード3:電流iLの極性が正から負に変わると、モード2でQ2はオンしている為、iLはQ2を流れる。即ち、iLはQ2,Cr,Cd,Lr,Cfの経路で流れ、CfはiLによって充電される。iLによって接続点Fの電圧は増加し、ゲート電圧がQ2の閾値を上回ると、Q2はオフする。一方、Q1はゲート電圧がQ1の閾値以下でありオフの状態にある。
【0017】
モード4:Q2がオフした時点では電流iLは負の極性で値を有しており、 Lrに蓄積された電磁エネルギーによって、電流iLはLr,Cf,QD1,キャパシタC1,Cr,Cdの経路で流れ続ける。尚、電流iLの一部は放電管 16に分流して流れる。電流iLはCfを充電し、接続点Fの電圧は更に増加する為、ゲート電圧も増加する。ゲート電圧がQ1の閾値を上回るとQ1はオンする。また、モード4期間中の電流極性はQ1にとって逆方向であり、Q1がオンしても電流の極性が変わらない限り、電流はQD1を流れ続ける。電流iLの極性が正に変化するまでの期間がモード2である。
【0018】
以上のように、電流iLの1周期の間にモード1からモード4の動作が行われ、以後、この動作を繰り返す。
【0019】
次にゲート回路について詳細に説明する。ゲート回路は、それぞれスイッチング素子に接続されているツェナーダイオードの導通状態によって区別される。図2は、ツェナーダイオードがオンしている場合の回路であり、ツェナーダイオードとインダクタLgが直列に接続された構成になる。図2において、ツェナーダイオードとインダクタLgの合成インピーダンスZgはインダクタLgのリアクタスが大きいため誘導性なる。ここで、接続点Sを基準にしたキャパシタCfの電圧をVcfとし、Lg,ZD2,ZD1の経路で流れるゲート電流をig,ゲートとソース間の電圧をVgsとすると、igはVcfに対し遅れ位相となり、Vgsも遅れる。
【0020】
これに対し、ツェナーダイオードがオフしている場合、ゲート回路は図3のような回路となり、キャパシタCgsはインダクタLgと直列接続された構成になる。図3で、Cgs,Lgの合成インピーダンスは、CgsとLgの大きさ及び周波数の関係から容量性又は誘導性、もしくはCgsとLgのリアクタンスが同じ値になった場合は、抵抗分だけになる。したがって、Cgs,LgからなるインピーダンスZgに流れるゲート電流igは、接続点Sを基準にしたCfの電圧Vcfに対し、進み又は遅れ、もしくは同相の位相になる。ここで、キャパシタCgsのリアクタンスがLgのリアクタンスより大きい場合、即ち容量性の場合、接続点Sを基準にしたCfの電圧Vcfに対し、ゲート電流igは進みとなり、Cgsの両端電圧であるゲートとソース間の電圧Vgsも進む。
【0021】
ここで、図4のように点灯回路に印加する直流電圧が変動した場合におけるゲート回路の動作を説明する。例えば、図1の放電管1がフィラメントを備えた通常の蛍光ランプでは、直流電圧が増加すると、蛍光ランプの等価抵抗RLが減少し、図1の共振負荷回路上の合成容量が大きくなり、合成容量と共振用インダクタLrから決まる共振周波数foは図4のように減少する。図3のゲート回路の周波数特性を図5に示す。図5は共振周波数foが変化した場合の共振電流iLに対するゲート電圧Vgsの位相差φg,接続点Sの電圧Vs、即ちインバータの出力電圧に対する共振電流iLの位相差φ及び動作周波数fsを示す。図6はゲート電圧Vgs及び共振電流iL,接続点Sの電圧Vsの波形を示している。図5より、共振周波数foが高くなると位相差φgはφg1からφg2に小さくなっている。これは、図3のCgs,Lgから構成される直列回路のインピーダンスZgが容量性の場合、共振周波数foの増加によってゲートのインピーダンスが誘導性に近づくからである。これにより、直列回路に流れるゲート電流igは遅れ、Cgsの両端電圧であるゲートとソース間の電圧Vgsも図6の破線で示す波形から実線の波形のように遅れ、位相差φgは小さくなる。又、図6のように接続点Sの電圧Vsも破線の波形から実線の波形のように遅れ、位相差φは図5のφ1からφ2のように小さくなる。
【0022】
一方、動作周波数fsは、図1のような自励式の点灯回路の場合、図5のように負荷の共振周波数が高くなると共に高くなる。しかし、前述のように位相差φはφ1からφ2に小さくなる為、図7に示す位相差φと動作周波数fsの関係より、fsはfs1からfs2へ僅かに高くなる程度で、動作周波数fsの増加は抑制される。即ち共振周波数の変化Δfoに対する動作周波数の変化Δfsを小さくするように、位相差φgは自動調整される。直流電圧の変化は出来るだけ小さくなるようにキャパシタC1の容量を設定するが、キャパシタC1は点灯回路に使用される部品の中で比較的形状が大きい為、容量を小さくし小型化することが望まれる。このようにキャパシタC1の容量を小さくした場合、直流電圧の変化は大きくなるが、上述の動作によって直流電圧及び負荷変動に対応して、自励動作を安定に持続することができる。
【0023】
次に、放電管の明るさを調整する方法について説明する。近年、照明器具には任意に明るさを調整できる調光機能を搭載した点灯装置がある。放電管の明るさを調整するには、放電管に流れる電流の大きさを変えることで達成できる。共振負荷回路では、点灯回路の動作周波数fsと共振電流iLの関係は図8のようになり、動作周波数fsを共振インダクタ及びキャパシタで決まる共振周波数foに対して高くするほど、放電管の電流は減少する。この原理に基づき、点灯回路では動作周波数fsを制御して調光を行っている。白熱電球の調光に関しては、トライアックを用いた調光器で交流電源ACの流通角を制御し電球へ供給する電力を調整して行う。本発明によれば、インバータを用いた点灯回路において、例えば調光器で流通角を制御したACに応じて直流電圧を出力するコンバータを用いると、この直流電圧の変化に対応して放電管の明るさを調整することができる。直流電圧が変化すると図4に示したように、負荷の共振周波数も変化する。前述では、この共振周波数の変化に対する動作周波数の変化を小さくするようにゲート電圧の位相差φgを調整し、自励動作を持続させた。ここで説明する調光を目的とした点灯回路では、共振周波数foの変化に対し動作周波数fsの変化を大きくすることによって放電管の調光を行う。
【0024】
図9に調光を実現するゲート回路の構成を示す。図9は図3のインダクタLgに並列にキャパシタCgを設けたゲート回路の構成であり、ツェナーダイオードがオフしている場合を示している。図3と図9で、同様の部品については、図3で前述しており、ここでの説明は省略する。図9において、キャパシタCgs,Cg及びインダクタLgの合成リアクタンスは、Cgs,CgとLgの大きさ及び周波数の関係から容量性又は誘導性、又は抵抗分だけになる。したがって、ゲート回路に流れる電流igは、接続点Sを基準にしたCfの電圧Vcfに対し、進み又は遅れ、もしくは同相の位相になる。ここで、共振周波数が増加するに従いキャパシタCgのリアクタンスXcは減少し、インダクタLgのリアクタンスXLは増加する。リアクタンスXcがXLよりも小さくなった場合、ゲート回路の合成インピーダンスは容量性となり、接続点Sを基準にしたCfの電圧Vcfに対し、ゲート回路に流れる電流iLは進む。これによってCgsの両端電圧であるゲートとソース間の電圧Vgsも進み位相となり、共振電流iLに対する位相差φgは大きくなる。このように、インダクタLgに並列にキャパシタCgを接続することにより、共振周波数が増加した場合、図10のようにゲート電圧の位相差φgを増加させて、位相差φを大きくすることができる。即ち、この位相差φの増加は、動作周波数fsを高くするため、共振周波数の変化Δfoに対する動作周波数の変化Δfsを大きくすることができる。又、本発明の図9のようなゲート駆動回路は共振負荷回路上に接続したキャパシタCfの電圧を用いたことにより、共振周波数が増加した場合、キャパシタCfのリアクタンスは減少しCfの電圧Vcfも減少する。Vcfとゲート電圧Vgsは比例関係にあり、 Vcfの減少によってVgsも減少する。図11に共振周波数foの変化によってゲート電圧の振幅が大きくなった場合と小さくなった場合の動作波形を示す。図11において、共振周波数foが低い場合の動作波形は破線で示しており、ゲート電圧Vgsの振幅は大きくなる。Vgsが大きいと接続点Sの電圧Vsと共振電流iLの位相差φは小さくなる。一方、共振周波数foが高くなると、実線のような動作波形となり、ゲート電圧Vgsの振幅は小さくなる。Vgsが小さくなると位相差φは大きくなる。共振負荷回路上のキャパシタCfの電圧を帰還してゲート駆動を行う本発明は、従来の帰還トランスを用いたゲート駆動と異なり、共振周波数foの増加時にゲート電圧を減少させて位相差φを大きくし、動作周波数fsを高くするに働く。以上を整理すると、図9のようなゲート回路にすることによって、ゲート電圧の位相差φgを調整し、更にキャパシタCfを用いてゲート電圧Vgsの振幅を調整することによって、共振周波数の変化Δfoに対し、動作周波数の変化Δfsを大きくして調光を行う。
【0025】
前述の実施例における始動は、共振負荷回路上に接続したキャパシタCfを直流電圧に応じて充電し動作を開始させる回路構成であった。これに対し、キャパシタCf以外に始動用キャパシタを用いた点灯回路を図12に示す。図12は図1に始動用キャパシタCsを接続した構成であり、図1と図12で、同様の部品については、図1で前述しており、ここでの説明は省略する。始動用キャパシタCsは接続点Gと接続点F間にインダクタLgと直列に接続される。キャパシタC1の正電極と接続点G間には抵抗R1を接続し、接続点SとキャパシタC1の負電極間には抵抗R2を接続する。又、キャパシタCfには、並列に抵抗Rdが接続される。始動時、直流電圧の増加と共に抵抗R1,R2,Rdを介して始動用キャパシタCsを充電し、ゲートとソース間には、始動キャパシタCsの電圧とほぼ同等の電圧が印加される。ゲートとソース間の電圧が、スイッチング素子Q1の閾値電圧を上回るとQ1はオンし、接続点Sから接続点Fに向かって電流が流れ、接続点Fの電圧即ちキャパシタCfの電圧は減少する。ここで、接続点Fと接続点S間に接続されているキャパシタCf及び始動用キャパシタCs,キャパシタCgs,インダクタLgはLC共振回路を構成している為、キャパシタCsとCfの僅かな電圧変化によって、LC共振回路に流れる電流は増加し、ゲートとソース間の電圧振幅は増加する。このような発振現象によって、スイッチQ1及びQ2が交互にスイッチング動作を開始する。動作開始後、キャパシタ Cfに並列接続した抵抗Rdは、Cfに発生する電圧の直流成分を小さくする効果があり、動作に悪影響を与えることはない。即ち、RdはCfに発生する正負の電圧振幅を揃え、上下スイッチング素子の導通期間を同等にして点灯回路の動作を安定に持続させる。始動用キャパシタを用いた実施例は前述の構成以外にも変形が可能であり、図12の接続点Gと接続点S間に抵抗と直列にCsを接続した構成でも構わない。
【0026】
図13は接続点Sと接続点F間にキャパシタCfと直列に始動用インダクタ Lsを接続した点灯回路である。前述ではキャパシタCf又は始動用キャパシタCsの僅かな電圧変化を始動パルスとし、ゲートとソース間の電圧振幅を増加させたが、図13のように始動用インダクタLsを用いることによって、Lsに流れる微少な電流で大きな誘起電圧を得ることができ、確実な始動が可能である。動作開始後はキャパシタCfのリアクタンスを始動用インダクタLsのリアクタンスより遥かに大きい値に選択することによって、自励動作に悪影響を与えることはない。
【0027】
【発明の効果】
本発明によれば、点灯装置の高周波動作が安定になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による点灯回路の第1の実施例。
【図2】図1のツェナーダイオードが導通状態にある場合のゲート回路。
【図3】図1のツェナーダイオードが導通状態にない場合のゲート回路。
【図4】図1の直流電圧変化に対する放電管の等価抵抗及び共振周波数の関係を示すグラフ。
【図5】図1のゲート回路の共振周波数に対する共振電流対ゲート電圧の位相差とインバータ出力電圧対共振電流の位相差及び動作周波数の関係を示すグラフ。
【図6】図1の実施例の動作説明図。
【図7】図1の実施例の動作周波数に対するインバータ出力電圧対共振電流の位相差の関係を示すグラフ。
【図8】共振負荷回路における点灯回路の動作周波数と共振電流の関係を示すグラフ。
【図9】本発明による調光用のゲート回路。
【図10】図9のゲート回路の共振周波数に対する共振電流対ゲート電圧の位相差とインバータ出力電圧対共振電流の位相差及び動作周波数の関係を示すグラフ。
【図11】図9のゲート回路の動作説明図。
【図12】本発明による点灯回路の第2の実施例。
【図13】本発明による点灯回路の第3の実施例。
【符号の説明】
1…放電管、AC…交流電源、DB…整流回路、Q1,Q2…パワーMOSFET、ZD1,ZD2…ツェナーダイオード、Zg…インピーダンス、C1,C2, Cd,Cr,Cf,Cgs,Cg,Cs…キャパシタ、Lg,Lr,Ls…インダクタ、R1,R2,Rd…抵抗。
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a lighting device for a discharge tube.
[0002]
[Prior art]
In recent years, in a discharge tube (for example, a fluorescent lamp), a system in which a DC voltage is converted into a high-frequency AC voltage by a lighting circuit using an inverter and applied to a resonance load circuit including the discharge tube has been increasing. The resonance load circuit includes a resonance inductor and a resonance capacitor for setting a resonance frequency. Such a lighting circuit is a lighting circuit including two power semiconductor switching elements connected in a half-bridge structure between the positive and negative electrodes of a DC power supply, and applies the high-frequency AC voltage to both ends of a resonance load circuit. The waveform of the current flowing through the resonance load circuit (hereinafter referred to as resonance current) resonates with the inductor and the capacitor, and becomes a sine wave. This resonance current is controlled by changing the operating frequency of the lighting circuit. In recent years, there is a lighting device equipped with a dimming function capable of arbitrarily adjusting brightness in lighting equipment. Adjusting the brightness of the discharge tube can be achieved by changing the magnitude of the current flowing through the discharge tube. Here, assuming that the operating frequency at which the two power semiconductor elements are turned on and off alternately is fs, and the resonance frequency determined by the resonance inductor and the capacitor is fo, when fs is changed with respect to fo, the lamp current also changes. Light becomes possible. Based on this principle, the lighting circuit controls the operating frequency fs to perform dimming.
[0003]
As a conventional example for stabilizing the operating frequency of the switching element, there is a lighting circuit disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-45685. This circuit includes a half-bridge circuit that supplies an AC voltage to a resonance load circuit including a discharge lamp, shunts a part of the resonance current to a capacitance and a feedback transformer, and generates a half-bridge according to the secondary voltage of the feedback transformer. A control signal is applied to the high-side and low-side switching elements of the circuit to perform a self-excited operation.
[0004]
Further, as a conventional example of a lighting circuit that realizes dimming, there is a driving device as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-37092. This driving device includes: 1) a timer circuit that generates a square wave having a desired frequency; 2) a high-side and low-side driving circuit that respectively drives two power semiconductor switching elements of an inverter according to a driving signal from the timer circuit; 3) a high-side dead time delay circuit and a low-side dead time delay circuit for preventing simultaneous conduction of two power semiconductor switching elements; and 4) a signal based on the low-side common potential based on the high-side common potential. And a level shift circuit for transmitting the drive signal from the timer circuit to the high side. These circuits are incorporated in one integrated circuit. In the above conventional example, it is possible to perform dimming by changing the operating frequency fs by controlling the frequency of the timer circuit.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional example of JP-A-8-45685, a control signal having the same frequency as the resonance current is supplied to a half-bridge circuit by a feedback transformer. That is, the circuit is a self-excited circuit in which the operation of the half-bridge circuit continues even when no signal is externally supplied, and is particularly suitable for high-frequency operation. However, since the feedback transformer has a self-inductance, a phase difference occurs between the control signal and the resonance current, and the frequency of the control signal may deviate from an appropriate value. The operating environment of the lighting circuit built into the base of the bulb becomes high due to heat generated from the discharge tube. The characteristics of the magnetic core used in the feedback transformer change when the temperature becomes high, causing a change in inductance. Due to these fluctuations, the phase difference and the frequency may deviate from appropriate values, and a through current may flow through the half-bridge circuit to cause an increase in loss. It is desired that the lighting circuit of the bulb-type fluorescent lamp with a built-in lighting circuit be reduced in size, and the smoothing capacitor used in the converter that converts AC to DC be reduced in size by reducing the capacitance. I'm trying. The decrease in the capacity of the smoothing capacitor causes an increase in DC voltage fluctuation, and the operation of the lighting circuit becomes unstable.
[0006]
Therefore, a first problem to be solved by the present invention is to provide a lighting circuit that stably performs high-frequency operation even when a DC voltage fluctuates.
[0007]
When the conventional example of Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-37092, which realizes dimming, is applied to a lighting device operating at a high frequency, leakage current of a level shift circuit for transmitting a drive signal from a timer circuit to a high side becomes a problem. Become. There are various types of level shift circuits, and all of them include at least one semiconductor switching element between the low side and the high side. The semiconductor switching element has a parasitic capacitance between its input and output terminals, and the parasitic capacitance is charged or discharged every time the output voltage of the lighting circuit changes. If the high-frequency lighting circuit is controlled by a conventional method, the leakage current increases, causing a problem such as an increase in loss or malfunction of noise.
[0008]
A second problem to be solved by the present invention is to provide a lighting device for a discharge tube in which high-frequency operation is also taken into consideration, in which the operating frequency of a lighting circuit is changed to enable dimming of the discharge tube.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been made in consideration of the above problems, and a lighting device according to the present invention has the following configuration. That is, in the lighting device according to the present invention, the alternating current is applied to the discharge tube connected to the resonance means in accordance with the switching of the first and second semiconductor switching elements connected in series between the positive electrode and the negative electrode of the DC power supply. A current is supplied, the control terminal and the reference terminal of the first and second semiconductor switching elements are connected to each other at a common point, and a connection point where the reference terminal of the first and second semiconductor switching elements is connected to each other. Between at least one pole of the DC power supply, a resonance unit connected to a discharge tube and a first capacitor that generates a voltage synchronized with a current flowing through the resonance unit are connected in series, and the voltage of the first capacitor is changed. The voltage is applied to the control terminals of the first and second semiconductor switching elements via phase shift means for shifting the phase according to the frequency change of the resonance means.
[0010]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 shows a lighting circuit for supplying an alternating current to the discharge tube 1. The discharge tube 1 is intended for a normal fluorescent lamp having a filament or an electrodeless fluorescent lamp having no filament and generating plasma with lines of magnetic force emitted from an excitation coil. A power supply obtained by rectifying an AC power supply AC by a rectifier circuit DB constituted by a diode bridge is smoothed by a capacitor C1, and then a DC voltage is supplied to a lighting circuit of the discharge tube 1. The switching elements Q1 and Q2 connected in series are complementary. For example, the switch Q1 is an n-channel MOSFET, and although not shown, a free-wheeling diode (hereinafter referred to as QD1) is provided between a source terminal and a drain terminal. Built-in. The switch Q2 is a p-channel MOSFET, and has a freewheeling diode (hereinafter referred to as QD2) between the drain terminal and the source terminal. The drain terminal of switch Q1 is connected to the positive electrode side of capacitor C1, and the drain terminal of switch Q2 is connected to the negative electrode of capacitor C1. The source terminals of the switches Q1 and Q2 are connected at a common connection point S, and the gate terminals are connected at a connection point G. The current flowing between the drain and the source of Q1 and Q2 is controlled by the same voltage between the connection points G and S. A resonance load circuit including a capacitor Cf, a resonance inductor Lr, and resonance capacitors Cd and Cr is connected between the connection point S and the negative electrode of the capacitor C1, and a discharge tube (or fluorescent lamp) 1 is connected in parallel to Cr. Is provided. The capacitor Cd of the resonance load circuit may be omitted. Further, the resonance load circuit may be configured to be connected between the connection point S and the positive electrode of the capacitor C1. The frequency of the current flowing through these resonant load circuits is determined by each value. By the alternate switching operation of the switching elements Q1 and Q2, a bidirectional current flows through the resonance load circuit, and the discharge tube is turned on. The capacitor C2 connected between the drain and the source of the switch Q1 adjusts the voltage change time between the drain and the source of both switches. Capacitor C2 plays a similar role when connected between the drain and source of Q2.
[0011]
The gate drive circuit that controls the conduction state of the switches Q1 and Q2 includes a capacitor Cf connected on a resonance load circuit. The capacitor Cf obtains a drive voltage from a current flowing through the resonance load circuit in order to operate the gate drive circuit. One end of the capacitor Cf is set to a point F, and an inductor Lg is connected between the connection points G and F. The inductor Lg gives a phase difference between the current flowing through the resonance load circuit and the voltage between the gate and the source. Zener diodes ZD1 and ZD2 coupled in series in opposite directions are provided in parallel between the gate and the source. These function to prevent destruction of the switching elements Q1 and Q2 when an overvoltage is applied between the gate and the source. Some MOSFETs already have a built-in Zener diode for gate overvoltage protection. When such a switching element is selected, the above-mentioned Zener diode may be removed. Further, a capacitor Cgs is provided between the gate and the source to adjust a voltage change time between the gate and the source. That is, in the alternate switching operation of the switches Q1 and Q2, the switch plays a role of compensating for a dead time from when one switch is turned off and the other switch is turned on.
[0012]
In FIG. 1, at startup, when the DC voltage of the capacitor C1 increases due to a rise in the voltage of the AC power supply AC, the voltage at the connection point F, that is, the voltage at the capacitor Cf, gradually decreases with respect to the connection point S. At this time, a voltage equivalent to the voltage of the capacitor Cf is applied between the gate and the source. When the voltage between the gate and the source falls below the threshold voltage of the switching element Q2, Q2 turns on and a current flows from the connection point F to the connection point S, so that the voltage at the connection point F increases. As a result, the voltage between the gate and the source immediately exceeds the threshold voltage of Q2, so that Q2 turns off. Here, since the capacitor Cf, the capacitor Cgs, and the inductor Lg connected between the connection point F and the connection point S constitute an LC resonance circuit, a slight voltage change of the capacitor Cf causes a current flowing in the LC resonance circuit. And the voltage swing between the gate and the source increases. Due to such an oscillation phenomenon, the switches Q1 and Q2 start switching operation alternately.
[0013]
Next, the operation of the circuit of FIG. 1 will be described. The discharge tube 1 is supplied with a high-frequency current by a resonant load circuit using Q1, Q2 and Lr, Cr, Cd. Assuming that the current of the load resonance circuit is iL and the direction flowing out of the connection point S to F in FIG. 1 is defined as positive, there are four operation modes during one cycle of the current iL. Hereinafter, each operation mode will be described.
[0014]
Mode 1: When Q1 is turned on, a current iL flows from the capacitor 1 through a path of Q1, Cf, Lr, Cd, and Cr. The current iL charges the Cr and partially flows to the discharge tube 1 to flow. Also, the capacitor Cf is charged by iL, but the voltage at the connection point F with respect to the connection point S decreases. Since the voltage decrease at the connection point F decreases the gate voltage, when the gate voltage of Q1 falls below the threshold, Q1 turns off. On the other hand, the gate voltage of Q2 is higher than the threshold value of Q2, and is in an off state.
[0015]
Mode 2: When Q1 is turned off, the current iL has a positive polarity and a value, and this current continues to flow through the paths of Lr, Cd, Cr, QD2, and Cf. Note that a part of the current iL flows to the discharge tube 16 in a divided manner. The current iL charges Cf, and the voltage at the node F further decreases, so that the gate voltage also decreases. When the gate voltage falls below the threshold value of Q2, Q2 turns on. In addition, the current polarity during the mode 2 is opposite to Q2, and the current continues to flow through QD2 even if Q2 is turned on, as long as the polarity of the current does not change. Mode 2 is a period until the polarity of the current iL changes to negative.
[0016]
Mode 3: When the polarity of the current iL changes from positive to negative, Q2 is on in Mode 2, and iL flows through Q2. That is, iL flows through the path of Q2, Cr, Cd, Lr, and Cf, and Cf is charged by iL. The voltage at the node F increases due to iL, and when the gate voltage exceeds the threshold value of Q2, Q2 turns off. On the other hand, Q1 is in an off state because the gate voltage is equal to or lower than the threshold value of Q1.
[0017]
Mode 4: When Q2 is turned off, the current iL has a negative polarity and a value, and the current iL flows through Lr, Cf, QD1, the capacitors C1, Cr, and Cd due to the electromagnetic energy accumulated in Lr. Keep flowing. A part of the current iL flows to the discharge tube 16 by shunting. The current iL charges Cf, and the voltage at the node F further increases, so that the gate voltage also increases. When the gate voltage exceeds the threshold value of Q1, Q1 turns on. Further, the current polarity during the mode 4 period is opposite to that of Q1, and the current continues to flow through QD1 even if Q1 is turned on unless the current polarity changes. The period until the polarity of the current iL changes to positive is mode 2.
[0018]
As described above, the operations from mode 1 to mode 4 are performed during one cycle of the current iL, and thereafter, this operation is repeated.
[0019]
Next, the gate circuit will be described in detail. The gate circuits are distinguished by the conduction states of the Zener diodes connected to the respective switching elements. FIG. 2 shows a circuit when the zener diode is on, and has a configuration in which the zener diode and the inductor Lg are connected in series. In FIG. 2, the combined impedance Zg of the zener diode and the inductor Lg becomes inductive due to the large reactance of the inductor Lg. Here, assuming that the voltage of the capacitor Cf based on the connection point S is Vcf, the gate current flowing through the paths of Lg, ZD2, and ZD1 is ig, and the voltage between the gate and the source is Vgs, ig has a lag phase with respect to Vcf. And Vgs is also delayed.
[0020]
On the other hand, when the Zener diode is off, the gate circuit is a circuit as shown in FIG. 3, and the capacitor Cgs is connected in series with the inductor Lg. In FIG. 3, the combined impedance of Cgs and Lg is only the resistance when the capacitance or the inductiveness or the reactance of Cgs and Lg becomes the same value from the relationship between the magnitude and frequency of Cgs and Lg. Therefore, the gate current ig flowing through the impedance Zg composed of Cgs and Lg is advanced or delayed or in phase with respect to the voltage Vcf of Cf based on the connection point S. Here, when the reactance of the capacitor Cgs is larger than the reactance of Lg, that is, in the case of capacitance, the gate current ig advances with respect to the voltage Vcf of Cf with respect to the connection point S, and the gate, which is the voltage across Cgs, The voltage Vgs between the sources also advances.
[0021]
Here, the operation of the gate circuit when the DC voltage applied to the lighting circuit changes as shown in FIG. 4 will be described. For example, in the ordinary fluorescent lamp in which the discharge tube 1 of FIG. 1 includes a filament, when the DC voltage increases, the equivalent resistance RL of the fluorescent lamp decreases, and the combined capacitance on the resonant load circuit of FIG. The resonance frequency fo determined by the capacitance and the resonance inductor Lr decreases as shown in FIG. FIG. 5 shows the frequency characteristics of the gate circuit of FIG. FIG. 5 shows the phase difference φg of the gate voltage Vgs with respect to the resonance current iL and the voltage Vs at the connection point S, that is, the phase difference φ of the resonance current iL with respect to the output voltage of the inverter, and the operating frequency fs when the resonance frequency fo changes. FIG. 6 shows waveforms of the gate voltage Vgs, the resonance current iL, and the voltage Vs at the connection point S. From FIG. 5, as the resonance frequency fo increases, the phase difference φg decreases from φg1 to φg2. This is because if the impedance Zg of the series circuit composed of Cgs and Lg in FIG. 3 is capacitive, the impedance of the gate approaches inductive due to the increase in the resonance frequency fo. As a result, the gate current ig flowing through the series circuit is delayed, the voltage Vgs between the gate and the source, which is the voltage across Cgs, is delayed from the waveform shown by the broken line in FIG. 6 to the waveform shown by the solid line, and the phase difference φg is reduced. Also, as shown in FIG. 6, the voltage Vs at the connection point S is delayed from the waveform shown by the broken line to the waveform shown by the solid line, and the phase difference φ is reduced from φ1 to φ2 in FIG.
[0022]
On the other hand, in the case of the self-excited lighting circuit as shown in FIG. 1, the operating frequency fs increases as the resonance frequency of the load increases as shown in FIG. However, as described above, since the phase difference φ decreases from φ1 to φ2, from the relationship between the phase difference φ and the operating frequency fs shown in FIG. 7, fs slightly increases from fs1 to fs2, and the operating frequency fs The increase is suppressed. That is, the phase difference φg is automatically adjusted so as to reduce the change Δfs in the operating frequency with respect to the change Δfo in the resonance frequency. The capacitance of the capacitor C1 is set so that the change in the DC voltage is as small as possible. However, since the capacitor C1 has a relatively large shape among components used in the lighting circuit, it is desirable to reduce the capacitance and reduce the size. It is. When the capacitance of the capacitor C1 is reduced as described above, the change of the DC voltage increases, but the self-excited operation can be stably continued in response to the DC voltage and the load fluctuation by the above-described operation.
[0023]
Next, a method for adjusting the brightness of the discharge tube will be described. In recent years, there is a lighting device equipped with a dimming function capable of arbitrarily adjusting brightness in lighting equipment. Adjusting the brightness of the discharge tube can be achieved by changing the magnitude of the current flowing through the discharge tube. In the resonance load circuit, the relationship between the operating frequency fs of the lighting circuit and the resonance current iL is as shown in FIG. 8, and as the operating frequency fs is increased with respect to the resonance frequency fo determined by the resonance inductor and the capacitor, the current of the discharge tube increases. Decrease. Based on this principle, the lighting circuit controls the operating frequency fs to perform dimming. The dimming of the incandescent lamp is performed by controlling the flow angle of the AC power supply AC by a dimmer using a triac and adjusting the power supplied to the light bulb. According to the present invention, in a lighting circuit using an inverter, for example, when a converter that outputs a DC voltage in accordance with AC whose flow angle is controlled by a dimmer is used, a discharge tube corresponding to a change in the DC voltage is used. Brightness can be adjusted. When the DC voltage changes, the resonance frequency of the load also changes as shown in FIG. In the above description, the phase difference φg of the gate voltage was adjusted so as to reduce the change in the operating frequency with respect to the change in the resonance frequency, and the self-excited operation was continued. In the lighting circuit described here for the purpose of dimming, the discharge tube is dimmed by increasing the change in the operating frequency fs with respect to the change in the resonance frequency fo.
[0024]
FIG. 9 shows a configuration of a gate circuit that realizes dimming. FIG. 9 shows a configuration of a gate circuit in which a capacitor Cg is provided in parallel with the inductor Lg of FIG. 3, and shows a case where the Zener diode is off. In FIGS. 3 and 9, the same components have been described above with reference to FIG. 3, and description thereof will be omitted. In FIG. 9, the combined reactance of the capacitors Cgs, Cg and the inductor Lg is only capacitive or inductive, or only the resistance due to the relationship between the magnitudes and frequencies of Cgs, Cg and Lg. Therefore, the current ig flowing through the gate circuit is advanced or delayed or in phase with respect to the voltage Vcf of Cf based on the connection point S. Here, the reactance Xc of the capacitor Cg decreases and the reactance XL of the inductor Lg increases as the resonance frequency increases. When the reactance Xc becomes smaller than XL, the combined impedance of the gate circuit becomes capacitive, and the current iL flowing in the gate circuit advances with respect to the voltage Vcf of Cf with respect to the connection point S. As a result, the voltage Vgs between the gate and the source, which is the voltage across Cgs, also has an advanced phase, and the phase difference φg with respect to the resonance current iL increases. In this way, by connecting the capacitor Cg in parallel with the inductor Lg, when the resonance frequency increases, the phase difference φg of the gate voltage can be increased as shown in FIG. 10 to increase the phase difference φ. That is, since the increase in the phase difference φ increases the operating frequency fs, the change Δfs in the operating frequency with respect to the change Δfo in the resonance frequency can be increased. Further, the gate drive circuit of FIG. 9 of the present invention uses the voltage of the capacitor Cf connected to the resonance load circuit, so that when the resonance frequency increases, the reactance of the capacitor Cf decreases and the voltage Vcf of the Cf also increases. Decrease. Vcf and the gate voltage Vgs are in a proportional relationship, and Vgs decreases as Vcf decreases. FIG. 11 shows operation waveforms when the amplitude of the gate voltage increases and decreases when the resonance frequency fo changes. In FIG. 11, the operation waveform when the resonance frequency fo is low is indicated by a broken line, and the amplitude of the gate voltage Vgs increases. When Vgs is large, the phase difference φ between the voltage Vs at the connection point S and the resonance current iL becomes small. On the other hand, when the resonance frequency fo increases, the operation waveform becomes as shown by the solid line, and the amplitude of the gate voltage Vgs decreases. As Vgs decreases, the phase difference φ increases. The present invention that performs gate drive by feeding back the voltage of the capacitor Cf on the resonance load circuit differs from the gate drive using a conventional feedback transformer in that the gate voltage is reduced when the resonance frequency fo increases to increase the phase difference φ. And works to increase the operating frequency fs. Summarizing the above, the gate circuit as shown in FIG. 9 adjusts the phase difference φg of the gate voltage, and further adjusts the amplitude of the gate voltage Vgs by using the capacitor Cf, thereby changing the resonance frequency change Δfo. On the other hand, dimming is performed by increasing the change Δfs in the operating frequency.
[0025]
The starting in the above-described embodiment has a circuit configuration in which the capacitor Cf connected on the resonance load circuit is charged according to the DC voltage and starts operation. On the other hand, FIG. 12 shows a lighting circuit using a starting capacitor other than the capacitor Cf. FIG. 12 shows a configuration in which the starting capacitor Cs is connected to FIG. 1. In FIG. 1 and FIG. 12, the same components have been described above with reference to FIG. 1, and the description thereof will be omitted. The starting capacitor Cs is connected between the connection point G and the connection point F in series with the inductor Lg. A resistor R1 is connected between the positive electrode of the capacitor C1 and the connection point G, and a resistor R2 is connected between the connection point S and the negative electrode of the capacitor C1. Further, a resistor Rd is connected in parallel to the capacitor Cf. At the time of starting, the starting capacitor Cs is charged via the resistors R1, R2, and Rd as the DC voltage increases, and a voltage substantially equal to the voltage of the starting capacitor Cs is applied between the gate and the source. When the voltage between the gate and the source exceeds the threshold voltage of the switching element Q1, Q1 turns on, a current flows from the connection point S to the connection point F, and the voltage of the connection point F, that is, the voltage of the capacitor Cf decreases. Here, since the capacitor Cf, the starting capacitor Cs, the capacitor Cgs, and the inductor Lg connected between the connection point F and the connection point S constitute an LC resonance circuit, a slight voltage change of the capacitors Cs and Cf causes , The current flowing through the LC resonance circuit increases, and the voltage amplitude between the gate and the source increases. Due to such an oscillation phenomenon, the switches Q1 and Q2 start switching operation alternately. After the start of the operation, the resistor Rd connected in parallel with the capacitor Cf has an effect of reducing the DC component of the voltage generated in the capacitor Cf, and does not adversely affect the operation. That is, Rd equalizes the positive and negative voltage amplitudes generated in Cf, makes the conduction periods of the upper and lower switching elements equal, and stably maintains the operation of the lighting circuit. The embodiment using the starting capacitor can be modified in addition to the above-described configuration, and a configuration in which Cs is connected in series with a resistor between the connection points G and S in FIG. 12 may be used.
[0026]
FIG. 13 shows a lighting circuit in which a starting inductor Ls is connected between a connection point S and a connection point F in series with a capacitor Cf. In the above description, a slight voltage change of the capacitor Cf or the starting capacitor Cs is used as a starting pulse to increase the voltage amplitude between the gate and the source. However, by using the starting inductor Ls as shown in FIG. A large induced voltage can be obtained with a small current, and reliable starting is possible. After the start of the operation, the self-excited operation is not adversely affected by selecting the reactance of the capacitor Cf to be much larger than the reactance of the starting inductor Ls.
[0027]
【The invention's effect】
According to the present invention, the high frequency operation of the lighting device is stabilized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows a first embodiment of a lighting circuit according to the present invention.
FIG. 2 is a gate circuit when the zener diode of FIG. 1 is in a conductive state;
FIG. 3 is a gate circuit when the Zener diode of FIG. 1 is not in a conductive state;
4 is a graph showing a relationship between a DC voltage change in FIG. 1 and an equivalent resistance and a resonance frequency of a discharge tube.
FIG. 5 is a graph showing a relationship between a phase difference between a resonance current and a gate voltage with respect to a resonance frequency of the gate circuit of FIG.
FIG. 6 is an operation explanatory diagram of the embodiment of FIG. 1;
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the inverter output voltage and the phase difference of the resonance current with respect to the operating frequency of the embodiment of FIG.
FIG. 8 is a graph showing a relationship between an operating frequency of a lighting circuit and a resonance current in a resonance load circuit.
FIG. 9 is a gate circuit for dimming according to the present invention.
10 is a graph showing the relationship between the resonance current versus the gate voltage phase difference and the inverter output voltage versus the resonance current phase difference and operating frequency with respect to the resonance frequency of the gate circuit of FIG.
FIG. 11 is an operation explanatory diagram of the gate circuit in FIG. 9;
FIG. 12 shows a second embodiment of the lighting circuit according to the present invention.
FIG. 13 shows a third embodiment of the lighting circuit according to the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Discharge tube, AC ... AC power supply, DB ... Rectifier circuit, Q1, Q2 ... Power MOSFET, ZD1, ZD2 ... Zener diode, Zg ... Impedance, C1, C2, Cd, Cr, Cf, Cgs, Cg, Cs ... Capacitor , Lg, Lr, Ls... Inductor, R1, R2, Rd.

Claims (10)

直流電源の正極と負極間に相補的に直列接続された第一,第二の半導体スイッチング素子のスイッチングに応じて、共振手段に接続された放電管に交流電流を供給する点灯装置であって、
第一,第二の半導体スイッチング素子の制御端子と基準端子はそれぞれ互いに共通点で接続され、
第一,第二の半導体スイッチング素子の基準端子が共通に接続された接続点と前記直流電源の少なくとも一方の極間に、前記放電管を接続した共振手段と、前記共振手段に流れる電流に同期した電圧を発生する第一のキャパシタと、を直列に接続し、
前記第一のキャパシタの電圧を、前記共振手段の周波数変化に応じて位相をシフトする位相シフト手段を介して、前記第一,第二の半導体スイッチング素子の制御端子に印加することを特徴とする点灯装置。
A lighting device for supplying an alternating current to a discharge tube connected to a resonance unit in accordance with switching of first and second semiconductor switching elements connected in series complementarily between a positive electrode and a negative electrode of a DC power supply,
The control terminal and the reference terminal of the first and second semiconductor switching elements are connected to each other at a common point,
A resonance unit connected to the discharge tube between a connection point where the reference terminals of the first and second semiconductor switching elements are commonly connected and at least one pole of the DC power supply; And a first capacitor that generates a voltage that is connected in series,
The voltage of the first capacitor is applied to control terminals of the first and second semiconductor switching elements via phase shift means for shifting a phase according to a frequency change of the resonance means. Lighting device.
請求項1において、前記位相シフト手段は、第一のインダクタであり、前記第一のインダクタと前記第一のキャパシタから構成されるゲート駆動回路を備えることを特徴とする点灯装置。2. The lighting device according to claim 1, wherein the phase shift unit is a first inductor, and includes a gate drive circuit including the first inductor and the first capacitor. 請求項2において、前記第一,第二の半導体スイッチング素子の制御端子と基準端子間に、制御端子の電圧変化を制限する第二のキャパシタを備え、前記第一,第二のキャパシタと前記第一のインダクタから構成されるゲート駆動回路を備えることを特徴とする点灯装置。3. The device according to claim 2, further comprising a second capacitor for limiting a voltage change at a control terminal between the control terminal and the reference terminal of the first and second semiconductor switching elements. A lighting device comprising a gate drive circuit including one inductor. 請求項3において、前記第一,第二の半導体スイッチング素子の制御端子と基準端子間に、制御端子の電圧を許容値以下に制限するクランプ手段を備え、前記クランプ手段と第一,第二のキャパシタ及び前記第一のインダクタから構成されるゲート駆動回路を備えることを特徴とする点灯装置。4. The device according to claim 3, further comprising a clamp between the control terminal and the reference terminal of the first and second semiconductor switching elements to limit a voltage of the control terminal to an allowable value or less. A lighting device comprising: a gate drive circuit including a capacitor and the first inductor. 請求項4において、前記第一,第二の半導体スイッチング素子の基準端子共通接続点と前記直流電源の少なくとも一方の極間に、第三のキャパシタを備えることを特徴とする点灯装置。5. The lighting device according to claim 4, further comprising a third capacitor between the common connection point of the reference terminals of the first and second semiconductor switching elements and at least one pole of the DC power supply. 6. 請求項5において、前記第一のキャパシタに始動電圧を印加するための始動手段を備えることを特徴とする点灯装置。The lighting device according to claim 5, further comprising a starting unit configured to apply a starting voltage to the first capacitor. 請求項2において、前記第一のインダクタに並列に第四のキャパシタを備え、前記第一,第四のキャパシタと前記第一のインダクタから構成されるゲート駆動回路を備えることを特徴とする点灯装置。3. The lighting device according to claim 2, further comprising a fourth capacitor in parallel with the first inductor, and a gate drive circuit including the first and fourth capacitors and the first inductor. . 請求項2において、前記直流電源の正極と負極間に抵抗を介して接続された始動用キャパシタを備え、前記始動用キャパシタの電圧を前記第一,第二の半導体スイッチング素子の制御端子と基準端子間に印加することを特徴とする点灯装置。3. The device according to claim 2, further comprising a starting capacitor connected between a positive electrode and a negative electrode of the DC power supply via a resistor, and controlling a voltage of the starting capacitor to control terminals and a reference terminal of the first and second semiconductor switching elements. A lighting device characterized in that a voltage is applied between the lighting devices. 請求項2において、前記第一のキャパシタと直列に第二の始動用インダクタを備え、前記第一,第二のインダクタと前記第一のキャパシタから構成されるゲート駆動回路を備えることを特徴とする点灯装置。3. The device according to claim 2, further comprising a second starting inductor in series with the first capacitor, and a gate drive circuit including the first and second inductors and the first capacitor. Lighting device. 請求項1記載の点灯装置と、前記放電管として無電極蛍光ランプと、を備える照明器具。An illumination apparatus comprising: the lighting device according to claim 1; and an electrodeless fluorescent lamp as the discharge tube.
JP29029298A 1998-10-13 1998-10-13 Lighting device Expired - Fee Related JP3593901B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP29029298A JP3593901B2 (en) 1998-10-13 1998-10-13 Lighting device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP29029298A JP3593901B2 (en) 1998-10-13 1998-10-13 Lighting device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2000125566A JP2000125566A (en) 2000-04-28
JP3593901B2 true JP3593901B2 (en) 2004-11-24

Family

ID=17754260

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP29029298A Expired - Fee Related JP3593901B2 (en) 1998-10-13 1998-10-13 Lighting device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3593901B2 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
JP2000125566A (en) 2000-04-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1128708B1 (en) Device for turning on light and illumination apparatus
US7061188B1 (en) Instant start electronic ballast with universal AC input voltage
US5416387A (en) Single stage, high power factor, gas discharge lamp ballast
US6181076B1 (en) Apparatus and method for operating a high intensity gas discharge lamp ballast
JP3945681B2 (en) Lighting device
US20080030148A1 (en) Phase-controlled dimmable electronic ballasts for fluorescent lamps with very wide dimming range
JPH07220889A (en) Electronic stabilizer
GB2306062A (en) Circuit for driving MOS gated power semiconductor devices
JP2004515893A (en) Electronic ballast with feedforward control
US6124680A (en) Lighting device for illumination and lamp provided with the same
WO2009099422A1 (en) Methods and apparatus for a high power factor ballast having high efficiency during normal operation and during dimming
WO2009099645A1 (en) Energy savings circuitry for a lighting ballast
JP2009539220A (en) Lamp drive circuit
EP0622976B1 (en) Ballasting network with integral trap
CA2347542A1 (en) Hid ballast circuit with arc stabilization
JP3758305B2 (en) Lighting device
JP3736096B2 (en) Lighting device and lamp using the same
JP3593901B2 (en) Lighting device
JP2001185391A (en) Electronic stabilizer of single switch type
US8354795B1 (en) Program start ballast with true parallel lamp operation
EP0929995A1 (en) Ballast
JP2004524669A (en) Circuit arrangement for a discharge lamp having a resonant half-bridge converter driven by a class E drive circuit
JP2628158B2 (en) Discharge lamp lighting device
EP0884932B1 (en) Lighting device
JP3945715B2 (en) Lighting device

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20040510

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20040518

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20040810

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20040823

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees
A59 Written plea

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A59

Effective date: 20080820